CN101503372A - 一种氟代苯甲酰胺化合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及芳香族含氟化合物、尤其是合成高品质的分子中至少含有一个氟原子的氟代苯甲酰胺化合物的制备方法，包括：卤代苯腈在无水氟化钾、N，N－二甲基甲酰胺或N，N－二甲基乙酰胺溶剂和季铵盐存在下，制备高品质的氟代苯腈化合物；再于催化剂量的碱存在下、过氧化氢水溶液中水解，制备纯度大于99.5％的氟代苯甲酰胺。本发明的制备方法工艺简单、反应条件平和、产品质量优、成本低廉、三废少且易处理。
Description
技术领域
本发明属于有机合成领域，涉及一种芳香族含氟化合物的制备方法，尤其涉及一种氟代苯甲酰胺化合物的制备方法。
背景技术
氟代苯甲酰胺是医药、农药的重要中间体。在医药、农药分子结构中引人氟原子，不仅可以明显提高药效，有时还能赋予新的作用机制。由氟代苯甲酰胺或由其衍生的氟代苯胺等化合物在合成苯甲酰脲类杀虫杀螨剂和除草剂方面有着广泛的用途。随着市场需求逐年增长以及环境保护重视程度提高，人们对于氟代苯甲酰胺的质量及其清洁生产工艺有了更高的要求。
传统的氟代苯甲酰胺的合成方法，据JP60 72850、JP60 72851、JP6339824报导，首先是以相应的卤代苯腈为原料，在1，3-二甲基-2-咪唑啉酮、二甲基亚砜或环丁砜等高沸点溶剂中与碱金属氟化物进行氟代反应制备氟代苯腈，然后氟代苯腈部分水解得到氟代苯甲酰胺。由于反应温度高，产生焦油状聚合物和部分脱卤的副产物，直接影响下游酰胺产品质量和收率，同时溶剂回收操作繁杂、成本高。水解工艺中以往采用氟代苯腈在90％的硫酸中70～90℃加热水解的方法制备氟代苯甲酰胺，该法得到的产物多以硫酸盐形式存在，由它产生的脲类衍生物，影响下游杀虫剂的质量，并且大量废酸后处理复杂；JP60132942提出了将氟代苯腈通过与碱溶液和过氧化氢混合溶液水解的方法制取氟代苯甲酰胺的方法，这虽然避免了硫酸法水解所带来的残留硫酸根和含酸废水问题，但由于水解程度控制不够仍副产氟代苯甲酸，另外氟代苯腈中若残留脱卤副产物，在水解后很难从目的产物中分离，以上因素使得氟代苯甲酰胺产品质量和收率还不能达到令人满意的结果。
发明内容
为了解决氟代苯甲酰胺化合物制备方法中存在的缺陷、尤其是氟代苯甲酰胺产品中存在不同程度的副产物超标等问题，以满足市场对高品质氟代苯甲酰胺的需求，本发明的发明人对现有技术不断进行更精益的研究和改进，提出了一种新的氟代苯甲酰胺化合物的制备方法：首先开发出高选择性的氟代苯腈合成工艺，然后采用适宜的碱性水解工艺条件，由此制备高品质、高收率的氟代苯甲酰胺。
具体地，本发明的技术方案为：首先将具有结构通式[I]的卤代苯腈，在碱金属氟化物、非质子极性溶剂和相转移催化剂存在下加热回流发生邻和/或对位氟化反应，制备一个具有通式[II]的中间体(简称氟代苯腈)；将中间体[II]在催化剂量的碱存在下、于过氧化氢水溶液中水解，制备一个具有结构通式[III]、纯度大于99.5％为特征的氟代苯甲酰胺化合物。
式[I]中：X选自F、Cl、Br或NO2，m是1～5的整数；其中至少有一个X为Cl或Br且位于氰基的邻位或对位；
式[II]和式[III]中：F位于氰基的邻位或对位，n是1～5的整数；X选自F、Cl、Br或NO2，m是1～5的整数。
为了实现制备高品质的氟代苯甲酰胺的目的，本发明的制备方法具体包括以下步骤：
1、结构如通式[I]的卤代苯腈，在碱金属氟化物、非质子极性溶剂和相转移催化剂存在下，于140～170℃发生邻和/或对位氟化反应，制备结构如通式[II]的氟代苯腈；所述的非质子极性溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺，溶剂的用量相对于卤代苯腈的摩尔比为1～5：1；所述的相转移催化剂选自冠醚、季铵盐或聚乙二醇，催化剂用量相对于卤代苯腈的摩尔比为0.01～0.2：1；所述的碱金属氟化物选自氟化钠、氟化钾或氟化铯，其用量相对于卤代苯腈中被置换卤原子的摩尔比为1～3：1。
2、将结构如通式[II]所示的氟代苯腈在催化剂量的碱存在下、于过氧化氢水溶液中35～40℃水解，制备具有结构通式[III]的氟代苯甲酰胺化合物；所述的碱选自10％～30％氢氧化钠水溶液，氢氧化钠的用量相对于中间体的摩尔比为0.01～0.2：1；所述的过氧化氢水溶液浓度为25～30％，用量相对于中间体的重量比为2～3：1。
本发明的氟化反应中，使用的结构如通式[I]的卤代苯腈的代表化合物可以是2-氯苯腈、4-氯苯腈、2，6-二氯苯腈、2-氯-6-氟苯腈、2，4-二氯苯腈，3，4-二氯苯腈、2-氯-5-硝基苯腈等。氟化反应时温度过高焦油状聚合物增多，并且还生成脱卤的副产物，在水解过程中由于生成脱卤的苯甲酰胺，很难从相应的氟代苯甲酰胺中除去，从而影响产品质量。优选氟化温度为150～165℃。选用N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺作溶剂可以避免以往高温反应时焦油状聚合物的生成。同时该溶剂成本低且易于循环利用。溶剂的用量相对于卤代苯腈的摩尔比优选2～3：1。溶剂中不应含水、必要时在使用前脱水例如采用共沸脱水方式脱除溶剂中的水分，否则会影响反应速度并生成脱氯副产物使收率降低。反应所用的相转移催化剂优选季铵盐类，这样更适用于选择性制备目的产物。催化剂用量相对于卤代苯腈的摩尔比优选0.01～0.1：1。在本发明所选择的条件范围内，反应可在6～30小时内完成，优选条件下在6～16小时内完成。
对于氟化剂的选择及基本用量范围是本领域的人员所熟悉的，优选氟化钾。由于碱金属氟化物易于潮解，与溶剂同样需要充分脱水，常使用喷雾干燥的氟化钾。其用量相对于卤代苯腈中被置换卤原子的摩尔比为1～2：1。
按照本发明的制备方法可以高选择性、高收率地制备品质精良的通式[II]所示的氟代苯腈。在水解反应制备通式[III]所示的氟代苯甲酰胺化合物时，作为催化剂的氢氧化钠水溶液的用量与现有技术相比可以大大降低。现已发现，过多的氢氧化钠会引起苯甲酰胺进一步水解，生成氟代苯甲酸，影响氟代苯甲酰胺的收率；并且大量的碱性废水需要处理才能排放。氢氧化钠用量相对于氟代苯腈的摩尔比优选0.010.1：1。实际操作中，将催化剂量的、浓度为15％～25％氢氧化钠溶液分成3～5份滴加或均匀滴加。
水解反应时通常使用浓度为30％的过氧化氢。过氧化氢浓度太低则反应速度慢，且产生的废水量大。用量以重量份数计，优选地，氟代苯腈为1时，2≤过氧化氢水溶液<3。实际操作中可以将过氧化氢溶液与碱溶液同时均匀地滴加到氟代苯腈熔融液中，以避免过氧化氢和碱浓度过高，生成过多的氟代苯甲酸。
水解反应时，低温反应速度慢，高温则易深度水解。因此为避免瞬间放热量过大，可以调节滴加碱和过氧化氢的速度、例如在2～5小时范围内均匀滴加，以控制反应温度在35～40℃适宜的范围内，之后再保温反应1～3小时。
本发明提供的氟代苯甲酰胺制备方法，具有工艺简单、反应条件温和，原料转化率和产品收率均很高，产品质量好的优点，而且溶剂易于循环利用、三废少，经济效益显著。氟代苯甲酰胺的含量可达到99.5％以上，杂质含量低(脱卤的苯甲酰胺或氟代苯甲酸<0.1％)，可以满足市场对高品质氟代苯甲酰胺的需求。
具体实施方式
以下具体实施例用于进一步说明本发明，但是本发明绝非仅限于此。所有符合权利要求所限定的具有结构通式[I]的卤代苯腈均可按此制备方法获得通式[III]所示的氟代苯甲酰胺化合物。
实施例1：
将88克(0.5摩尔)2，6-二氯苯腈(2，6-DCBN)、70克(1.2摩尔)无水氟化钾、6.5克四丁基溴化铵加入到事先共沸脱水的185毫升N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，搅拌下升温至回流，保温反应10小时，反应液GC分析2，6-二氟苯腈(2，6-DFBN)98.5％，2-氯-6-氟苯腈0.6％。物料降温后真空过滤，滤饼用60毫升DMF洗涤，滤液与洗涤液合并，减压精馏回收DMF，并平均得到66.4克2，6-DFBN，GC分析DFBN99.5％，2-氯-6-氟苯腈0.1％，收率95.3％。
实施例2：
将42克(0.3摩尔)2，6-DFBN，加热至34℃使2，6-DFBN全部融化，3小时内向其中分3次加入3克(0.015摩尔)20％的氢氧化钠，并均匀地滴加116.6克浓度为30％的过氧化氢，期间温度控制在35～40℃，滴加结束后继续保温1小时，有大量白色沉淀物生成。将料液冷水降温至5℃，用10％的盐酸中和至中性，真空过滤，滤饼用20毫升冷水洗涤，得到白色结晶。烘干后得产物2，6-二氟苯甲酰胺(2，6-DFBA)45.5克，熔点145.2-146℃，GC分析2，6-DFBA含量99.6％，收率95.9％。
实施例3：
用88克(0.5摩尔)2，4-二氯苯腈(2，4-DCBN)替代实例1的2，6-DCBN，其余与实例1相同，得到65克2，4-DFBN，GC分析2，4-DFBN99.2％，2-氯-4-氟苯腈0.2％，2，4-DFBN收率93.4％。
实施例4：
用42克(0.3摩尔)实例3制得的2，4-二氟苯腈(2，4-DFBN)替代实例2中的2，6-DFBN，其余与实例2相同，得到产物2，4-二氟苯甲酰胺(2，4-DFBA)44.8克，熔点163.5-164.5℃，GC分析2，4-DFBA含量99.5％，收率95.0％。
Claims (5)
1、一种氟代苯甲酰胺化合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)、结构如通式[I]的卤代苯腈，在碱金属氟化物、非质子极性溶剂和相转移催化剂存在下，于140～170℃发生邻和/或对位氟化反应，制备结构如通式[II]的氟代苯腈；
(2)、结构如通式[II]所示的氟代苯腈在催化剂量的碱存在下、于过氧化氢水溶液中35～40℃水解，制备具有结构通式[III]的氟代苯甲酰胺化合物；
式[I]中：X选自F、Cl、Br或NO2，m是1～5的整数；其中至少有一个X为Cl或Br且位于氰基的邻位或对位；
式[II]和式[III]中：F位于氰基的邻位或对位，n是1～5的整数；X选自F、Cl、Br或NO2，m是1～5的整数。
2、按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：氟化反应温度为150～165℃；所述的非质子极性溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺，溶剂的用量相对于卤代苯腈的摩尔比为1～5：1；所述的相转移催化剂选自冠醚、季铵盐或聚乙二醇，催化剂用量相对于卤代苯腈的摩尔比为0.01～0.2：1；所述的碱金属氟化物选自氟化钠、氟化钾或氟化铯，其用量相对于卤代苯腈中被置换卤原子的摩尔比为1～3：1。
3、按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于：氟化反应温度为150～165℃，溶剂的用量相对于卤代苯腈的摩尔比为2～3：1；所述的相转移催化剂选自季铵盐，催化剂用量相对于卤代苯腈的摩尔比为0.01～0.1：1。
4、按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：水解反应中所述的碱选自浓度为10％～30％氢氧化钠水溶液，氢氧化钠的用量相对于氟代苯腈的摩尔比为0.01～0.2：1；所述的过氧化氢水溶液浓度为25～30％，过氧化氢水溶液用量相对于氟代苯腈的重量比为2～3：1。
5、按照权利要求4所述的制备方法，其特征在于：水解反应中氢氧化钠的用量相对于氟代苯腈的摩尔比为0.01～0.1：1；所述的过氧化氢水溶液浓度为30％，其用量以重量份数计，氟代苯腈为1时，2≤过氧化氢水溶液<3。
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